Dispositivo orbital de rotación única para detectar campos magnéticos 3D

Los sensores que pueden detectar campos magnéticos tienen muchas aplicaciones potenciales, como el desarrollo de dispositivos médicos avanzados y sistemas de transporte. Sin embargo, la mayoría de los enfoques para detectar campos magnéticos 3D desarrollados hasta ahora requieren varios sensores, lo que los hace engorrosos y difíciles de implementar a gran escala.

Con esto en mente, los científicos del Laboratorio de Dispositivos y Sistemas de Eficiencia Energética a Nanoescala (NEEDS) de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China se propusieron desarrollar una sola órbita de espín. equipo que puede detectar individualmente campos magnéticos 3D. El dispositivo que diseñaron fue presentado en un artículo publicado en Naturaleza Electrónica e inspirado en su trabajo anterior, se basa en la heteroestructura Ta / CoFeB / MgO (tantalio / cobalto-ferro-boro / óxido de magnesio).

“Uno de nuestros artículos anteriores, publicado en IEEE IEDM en 2018, informó que el aumento de la densidad de corriente de escritura podría disminuir gradualmente la coercitividad del imán hasta llegar a cero, “Long You, uno de los científicos que realizó el estudio, le dijo a TechXplore”. Luego, en dos artículos publicados en AEM y APL propusimos que el campo actual y el campo en el plano deben ajustar continuamente la resistencia del dispositivo AHE a través del movimiento de la pared del dominio. Basándonos en este trabajo anterior, decidimos detectar tridimensionales (3D) campo magnético con dispositivos de rotación orbital (SOT). “

Un enfoque común para detectar campos magnéticos 3D es el uso de tres sensores magnéticos cuyas direcciones de detección están ubicadas estratégicamente a lo largo de los tres ejes de coordenadas (x, y, y z). Alternativamente, algunos investigadores han utilizado los llamados sensores planos con un conductor de flujo magnético unido a ellos.

En su trabajo, usted y sus colegas investigaron la posibilidad de detectar un campo magnético vectorial con un solo dispositivo rotatorio orbital rotatorio. La heteroestructura Ta / CoFeB / MgO diseñada por ellos lo consigue desplazando las paredes de dominio en la capa CoFeB, lo que permite la modulación de la denominada Resistencia anómala al efecto Hall.

“De acuerdo con los diferentes signos simétricos de la dinámica de magnetización o conmutación de control dependiente de la polaridad actual, separamos las contribuciones de campo en el plano (IP) y fuera del plano (OOP) e implementamos la detección de campo magnético 3D con un método simple”. tu dijiste. “Primero establecimos una relación entre la resistencia de AHE y H._X, H._y, H._desde basado en los signos de simetría de las curvas RH aplicando corrientes positivas y negativas. “

El campo magnético vectorial consta de dos componentes del campo IP (es decir, H._X o H._y) y un componente del campo OOP (H._desde). Estos tres elementos pueden conducir a diferentes movimientos de la pared de dominio (DW) en la capa CoFeB cuando se aplican corrientes positivas y negativas que utilizan el par orbital de par (SOT), lo que finalmente conduce a la modulación de la resistencia asociada AHE.

Usted y sus colegas han determinado la relación entre la resistencia medida AHE y las tres componentes ortogonales del vector de campo magnético. Sus análisis mostraron que en ciertos rangos estas relaciones son lineales. Luego utilizaron diferentes signos simétricos de movimientos DW dependientes de la corriente / polarización para separar la parte de los campos IP y OOP. Esto finalmente les permitió detectar un campo magnético 3D con un solo dispositivo SOT.

El dispositivo sensor desarrollado por usted y su colega tiene un rango lineal de -10 a +10 Oe para el campo IP y de -4 a +4 Oe para el campo OOP. Con base en las características de simetría de las curvas RH bajo corrientes positivas y negativas, los científicos pudieron recolectar dos valores de resistencia AHE a densidades de corriente positivas y negativas en el eje x, que llamaron R_xy (+ J._X) y R._xy (−J_X). “

“Si estos dos valores de resistencia AHE se procesan con una resta, permitiendo la eliminación de H._desde entrada, resistencia neta contribuida solo por H._X puede obtener, “Explicó”. Si se procesan dos valores con una operación de suma, la resistencia neta aportada por solo H._desde puedes obtener. Del mismo modo, podemos obtener una resistencia neta a la que solo H._y aplicando ± J_y. Por lo tanto, es posible conocer la magnitud y la dirección del campo magnético vectorial mediante el plegado (H._X, H._y, H._desde). “

Usted y sus colegas han demostrado que existe una correlación entre el desplazamiento lineal de DW y el campo magnético medido por su dispositivo con corriente constante asistida. Este fenómeno específico, que rara vez se ha estudiado en el pasado, ha jugado un papel clave en la realización de un único sensor magnético vectorial tridimensional.

“Nuestro dispositivo separa físicamente la entrada de sus tres componentes para obtener la detección de campo magnético vectorial con un solo dispositivo, por lo tanto, el hecho de que los tres componentes medidos del campo magnético no sean ortogonales o no estén en la misma posición espacial no afecta negativamente su rendimiento. , “” Dijiste. “Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que alguien está realizando un sensor magnético vectorial 3D con un solo dispositivo, lo que ha sido un desafío tanto en el mundo académico como en la industria electrónica”.

Estructura simple y diseño innovador propuesto por usted y sus colegas podría tener muchos usos interesantes. Con las tecnologías de transistores convencionales acercándose a sus limitaciones físicas, las nuevas tecnologías, como el dispositivo desarrollado por estos investigadores, pueden tener un gran valor, ya que pueden abrir nuevas vías para el desarrollo de dispositivos más rápidos y de mejor rendimiento.

“En este campo, se han realizado enormes esfuerzos que han hecho posible integrar sensores, MEMS, optoelectrónica, dispositivos de RF y ondas milimétricas”, dijo el Sr. “Nuestro sensor 3D propuesto basado en tecnología espintrónica se puede integrar fácilmente en un chip basado en Si en comparación con los enfoques convencionales que utilizan tres o más dispositivos”.

El estudio podría ayudar en el desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos y circuitos integrados. Además, su sensor de campo magnético 3D podría tener una amplia gama de aplicaciones, por ejemplo, permitiendo el desarrollo de nuevos dispositivos IoT y GPS.

“En el futuro, tenemos la intención de reemplazar las estructuras AHE heteroestructuradas con estructuras MTJ”, dijo. Además, diseñamos y construimos un sistema de circuitos periféricos y diseñamos el algoritmo adecuado para que nuestro dispositivo pueda ser utilizado en aplicaciones prácticas como navegación y posicionamiento, así como en tecnología de integración heterogénea y redes neuronales ”.

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